CN113124795A - 一种用于金属壁厚监测的微型可视化终端 - Google Patents

一种用于金属壁厚监测的微型可视化终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于金属壁厚监测的微型可视化终端，其包括壳体、图像采集装置、伸缩杆、声波发射装置、声波接收装置、显示装置、报警指示灯、数据传输接口、电流发生装置、电流传感器组、图像处理装置、信号触发装置、计时装置、中控装置、驱动装置以及金属识别装置，其通过声波发射装置、声波接收装置、计时装置计算预设传播速度的声波在有待测金属壁时的传播速度，进而求得待测金属壁的厚度，在此，声波发射装置不需要贴近待测金属壁，且测试过程简单、自动化程度高，同时，通过图像采集装置和图像处理装置能够精确的获取待测金属壁的图像信息，电流传感器组也能够高精度获取待测金属壁的电阻信息，进而整体提高了测试精度。

Description

一种用于金属壁厚监测的微型可视化终端
技术领域
本发明涉及金属壁厚度测试领域，尤其涉及一种用于金属壁厚监测的微型可视化终端。
背景技术
超声波测厚技术是通过压电传感器发出超声波用于监测钢铁结构物壁厚损失的检测技术，主要是根据机械波的产生和回传路径来计算被测目标的声波折回力里程，得出相应壁厚值。通过MEMS技术的运用，可以将传感器进行微小型化后，将传感器通过耦合胶年结在目标设备上时，需与外界设备进行有线或无线互联通信，以获取监测信息，不能够提供实时化显示。当进行多点的检测数据的读取时，需与不同检测点的传感设备进行手动通信连接，增加了检测的工作量，也降低时效性，同时不能够设定预警值进行逐点预警。在特殊的工业场景中，通过搭建自组网或有线网络工程量较大，不便于现场部署。因此，市场亟需通过传感器和数据动态分析的技术，搭建适用于现场快速部署、实时数据和预警的检测终端。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供一种用于金属壁厚监测的微型可视化终端，其包括壳体、图像采集装置、伸缩杆、声波发射装置、声波接收装置、显示装置、报警指示灯、数据传输接口、电流发生装置、电流传感器组、图像处理装置、信号触发装置、计时装置、中控装置、驱动装置以及金属识别装置。
其中，所述伸缩杆的数量为2，两个所述伸缩杆对称设置于所述壳体的上表面，所述图像采集装置设置于两个所述伸缩杆之间，所述图像采集装置也设置于所述壳体的上表面，所述声波发射装置设置在所述伸缩杆上端，所述声波接收装置设置于另一个所述伸缩杆上端，两个所述伸缩杆均与所述驱动装置连接，所述驱动装置驱动两个所述伸缩杆同步运动，使两个所述伸缩杆高度一致，所述显示装置、所述报警指示灯以及所述数据传输接口均设置于所述壳体前侧，所述电流发生装置和所述电流传感器组也均设置于所述壳体的上表面，所述图像处理装置、所述信号触发装置、所述计时装置、所述中控装置、所述驱动装置以及所述金属识别装置均设置于所述壳体的内部。
其中，所述图像采集装置的输出端与所述图像处理装置的输入端连接，所述图像处理装置的输出端与所述中控装置的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述信号触发装置的输入端连接，所述信号触发装置的输出端与所述声波发射装置的输入端连接，所述信号触发装置的输出端与所述电流发生装置的输入端连接，所述声波发射装置和所述声波接收装置均与所述计时装置连接，所述电流发生装置与所述电流传感器组之间通过所述待测金属壁连接，所述电流传感器组的输出端与所述金属识别装置的输入端连接，所述计时装置的输出端与所述金属识别装置的输出端均与所述中控装置的输入端练级，所述中控装置的输出端与所述数据传输接口的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述显示装置的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述驱动装置的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述报警指示灯的输入端连接，所述待测金属壁在测试时位于所述声波发射装置和所述声波接收装置之间。
具体地，所述图像采集装置用于采集所述待测金属壁的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理装置，所述图像处理装置将采集到的图像传输至所述中控装置，所述中控装置对接收到的图像进行判断，若为所需测试的所述待测金属壁的图像信息，则所述中控装置控制所述信号触发装置发出触发信号至所述声波发射装置和所述电流发生装置，所述声波发射装置在接收到所述触发信号后，所述声波发射装置发射预设速度为V1的声波，所述电流发生装置在接收到所述触发信号后，所述电流发生装置向所述待测金属壁发出预设电流值为I的电流信号，所述声波接收装置用于接收所述声波发射装置发射的声波信号，所述计时装置用于计算所述声波接收装置在所述声波发射装置发射信号后到接收到信号所需时间t，所述计时装置将所述时间t传输至所述中控装置；所述电流传感器组用于检测所述电流I流经所述待测金属壁后的电流信号，所述电流传感器组将检测到的电流信号传输至所述金属识别装置，所述金属识别装置根据接收到的电流信号、由所述待测金属壁构成回路中的电压信号计算所述待测金属壁的电阻值，所述金属识别装置根据所述电阻值判断所述待测金属壁的材质，所述金属识别装置将所述待测金属壁的材质传输至所述中控装置，所述中控装置根据接收到的所述时间t和所述待测金属壁的材质计算所述待测金属壁的厚度，所述中控装置将所接收到的图像信息和所述待测金属壁的厚度传输至所述显示装置进行显示，所述中控装置内存储有厚度阈值范围，若所述中控装置计算出的所述厚度不在所述厚度阈值范围内，则所述中控装置控制所述报警指示灯亮起，所述中控装置将所接收到的图像信息和所述待测金属壁的厚度通过所述数据传输接口传输至远程监测端。
具体地，所述中控装置根据接收到的所述时间t和所述待测金属壁的材质计算所述待测金属壁的厚度，其中，所述中控装置内存储有所述声波发射装置所发出声波在所述声波发射装置和所述声波接收装置之间无所述待测金属壁之间的传输速度为V0，即V0=V1，所述声波发射装置和所述声波接收装置之间的距离为S，所述中控装置根据接收到的所述待测金属壁的材质查得速度为V1的声波在该材质中的传播速度为V2，则所述待测金属壁的厚度d可根据下式获得：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
。
具体地，所述图像采集装置用于采集所述待测金属壁的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理装置，所述图像处理装置将采集到的图像传输至所述中控装置，所述图像处理装置对接收到的图像信息进行图像处理的步骤如下：
第一步：对所述图像采集装置采集到的图像s(x,y)进行图像增强处理，则有
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
；参数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
为图像增强效果调节参数；
第二步：调节图像增强效果调节参数
Figure 384620DEST_PATH_IMAGE006
获取最佳图像，具体算法如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
；
其中，n为介于0和x之间的常数，m为介于0和y之间的常数。
具体地，所述电流传感器组用于检测所述电流I流经所述待测金属壁后的电流信号，所述电流传感器器组的数量为4个，第一个电流传感器采集的电信号为X1，第二个电流传感器采集的电信号为X2，第三个电流传感器采集的电信号为X3，第四个电流传感器采集的电信号为X4，则所述电流传感器组输出的电信号X为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的用于金属壁厚监测的微型可视化终端包括壳体、图像采集装置、伸缩杆、声波发射装置、声波接收装置、显示装置、报警指示灯、数据传输接口、电流发生装置、电流传感器组、图像处理装置、信号触发装置、计时装置、中控装置、驱动装置以及金属识别装置，其通过声波发射装置、声波接收装置、计时装置计算预设传播速度的声波在有待测金属壁时的传播速度，进而求得待测金属壁的厚度，在此，声波发射装置不需要贴近待测金属壁，且测试过程简单、自动化程度高，同时，通过图像采集装置和图像处理装置能够精确的获取待测金属壁的图像信息，电流传感器组也能够高精度获取待测金属壁的电阻信息，进而整体提高了测试精度。
附图说明
图1为本发明的用于金属壁厚监测的微型可视化终端的结构图；
图2为本发明的用于金属壁厚监测的微型可视化终端进行测试时的示意图；
图3为本发明的用于金属壁厚监测的微型可视化终端的系统框图。
附图标记：1-壳体；2-图像采集装置；3-伸缩杆；4-声波发射装置；5-声波接收装置；6-显示装置；7-报警指示灯；8-数据传输接口；9-电流发生装置；10-电流传感器组；11-待测金属壁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的用于金属壁厚监测的微型可视化终端进行详细说明。
如图1-3所示，本发明提供的用于金属壁厚监测的微型可视化终端包括壳体1、图像采集装置2、伸缩杆3、声波发射装置4、声波接收装置5、显示装置6、报警指示灯7、数据传输接口8、电流发生装置9、电流传感器组10、图像处理装置、信号触发装置、计时装置、中控装置、驱动装置以及金属识别装置。
其中，所述伸缩杆3的数量为2，两个所述伸缩杆3对称设置于所述壳体1的上表面，所述图像采集装置2设置于两个所述伸缩杆3之间，所述图像采集装置2也设置于所述壳体1的上表面，所述声波发射装置4设置在所述伸缩杆3上端，所述声波接收装置5设置于另一个所述伸缩杆3上端，两个所述伸缩杆3均与所述驱动装置连接，所述驱动装置驱动两个所述伸缩杆3同步运动，使两个所述伸缩杆3高度一致，所述显示装置6、所述报警指示灯7以及所述数据传输接口8均设置于所述壳体1前侧，所述电流发生装置9和所述电流传感器组10也均设置于所述壳体1的上表面，所述图像处理装置、所述信号触发装置、所述计时装置、所述中控装置、所述驱动装置以及所述金属识别装置均设置于所述壳体1的内部。
其中，所述图像采集装置2的输出端与所述图像处理装置的输入端连接，所述图像处理装置的输出端与所述中控装置的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述信号触发装置的输入端连接，所述信号触发装置的输出端与所述声波发射装置4的输入端连接，所述信号触发装置的输出端与所述电流发生装置9的输入端连接，所述声波发射装置4和所述声波接收装置5均与所述计时装置连接，所述电流发生装置9与所述电流传感器组10之间通过所述待测金属壁11连接，所述电流传感器组10的输出端与所述金属识别装置的输入端连接，所述计时装置的输出端与所述金属识别装置的输出端均与所述中控装置的输入端练级，所述中控装置的输出端与所述数据传输接口8的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述显示装置6的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述驱动装置的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述报警指示灯7的输入端连接，所述待测金属壁11在测试时位于所述声波发射装置4和所述声波接收装置5之间。
上述实施方式中，本发明提供的用于金属壁厚监测的微型可视化终端包括壳体、图像采集装置、伸缩杆、声波发射装置、声波接收装置、显示装置、报警指示灯、数据传输接口、电流发生装置、电流传感器组、图像处理装置、信号触发装置、计时装置、中控装置、驱动装置以及金属识别装置，其通过声波发射装置、声波接收装置、计时装置计算预设传播速度的声波在有待测金属壁时的传播速度，进而求得待测金属壁的厚度，在此，声波发射装置不需要贴近待测金属壁，且测试过程简单、自动化程度高，同时，通过图像采集装置和图像处理装置能够精确的获取待测金属壁的图像信息，电流传感器组也能够高精度获取待测金属壁的电阻信息，进而整体提高了测试精度。
更进一步的，所述图像采集装置2用于采集所述待测金属壁11的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理装置，所述图像处理装置将采集到的图像传输至所述中控装置，所述中控装置对接收到的图像进行判断，若为所需测试的所述待测金属壁11的图像信息，则所述中控装置控制所述信号触发装置发出触发信号至所述声波发射装置4和所述电流发生装置9，所述声波发射装置4在接收到所述触发信号后，所述声波发射装置4发射预设速度为V1的声波，所述电流发生装置9在接收到所述触发信号后，所述电流发生装置9向所述待测金属壁发出预设电流值为I的电流信号，所述声波接收装置5用于接收所述声波发射装置4发射的声波信号，所述计时装置用于计算所述声波接收装置5在所述声波发射装置4发射信号后到接收到信号所需时间t，所述计时装置将所述时间t传输至所述中控装置；所述电流传感器组10用于检测所述电流I流经所述待测金属壁11后的电流信号，所述电流传感器组10将检测到的电流信号传输至所述金属识别装置，所述金属识别装置根据接收到的电流信号、由所述待测金属壁11构成回路中的电压信号计算所述待测金属壁11的电阻值，所述金属识别装置根据所述电阻值判断所述待测金属壁11的材质，所述金属识别装置将所述待测金属壁11的材质传输至所述中控装置，所述中控装置根据接收到的所述时间t和所述待测金属壁11的材质计算所述待测金属壁11的厚度，所述中控装置将所接收到的图像信息和所述待测金属壁11的厚度传输至所述显示装置进行显示，所述中控装置内存储有厚度阈值范围，若所述中控装置计算出的所述厚度不在所述厚度阈值范围内，则所述中控装置控制所述报警指示灯7亮起，所述中控装置将所接收到的图像信息和所述待测金属壁11的厚度通过所述数据传输接口8传输至远程监测端。
更进一步的，所述中控装置根据接收到的所述时间t和所述待测金属壁11的材质计算所述待测金属壁11的厚度，其中，所述中控装置内存储有所述声波发射装置4所发出声波在所述声波发射装置4和所述声波接收装置5之间无所述待测金属壁11之间的传输速度为V0，即V0=V1，所述声波发射装置4和所述声波接收装置5之间的距离为S，所述中控装置根据接收到的所述待测金属壁11的材质查得速度为V1的声波在该材质中的传播速度为V2，则所述待测金属壁11的厚度d可根据下式获得：
Figure 961095DEST_PATH_IMAGE002
。
更进一步的，所述图像采集装置2用于采集所述待测金属壁11的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理装置，所述图像处理装置将采集到的图像传输至所述中控装置，所述图像处理装置对接收到的图像信息进行图像处理的步骤如下：
第一步：对所述图像采集装置2采集到的图像s(x,y)进行图像增强处理，则有
Figure 307369DEST_PATH_IMAGE004
；参数
Figure 590583DEST_PATH_IMAGE006
为图像增强效果调节参数；
第二步：调节图像增强效果调节参数
Figure 881887DEST_PATH_IMAGE006
获取最佳图像，具体算法如下：
Figure 617762DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 82242DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 469229DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 931435DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 154606DEST_PATH_IMAGE016
；
其中，n为介于0和x之间的常数，m为介于0和y之间的常数。
更进一步的，所述电流传感器组10用于检测所述电流I流经所述待测金属壁11后的电流信号，所述电流传感器器组10的数量为4个，第一个电流传感器采集的电信号为X1，第二个电流传感器采集的电信号为X2，第三个电流传感器采集的电信号为X3，第四个电流传感器采集的电信号为X4，则所述电流传感器组10输出的电信号X为：
Figure 314454DEST_PATH_IMAGE018
。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于金属壁厚监测的微型可视化终端，其特征在于，所述用于金属壁厚监测的微型可视化终端包括壳体（1）、图像采集装置（2）、伸缩杆（3）、声波发射装置（4）、声波接收装置（5）、显示装置（6）、报警指示灯（7）、数据传输接口（8）、电流发生装置（9）、电流传感器组（10）、图像处理装置、信号触发装置、计时装置、中控装置、驱动装置以及金属识别装置；
其中，所述伸缩杆（3）的数量为2，两个所述伸缩杆（3）对称设置于所述壳体（1）的上表面，所述图像采集装置（2）设置于两个所述伸缩杆（3）之间，所述图像采集装置（2）也设置于所述壳体（1）的上表面，所述声波发射装置（4）设置在所述伸缩杆（3）上端，所述声波接收装置（5）设置于另一个所述伸缩杆（3）上端，两个所述伸缩杆（3）均与所述驱动装置连接，所述驱动装置驱动两个所述伸缩杆（3）同步运动，使两个所述伸缩杆（3）高度一致，所述显示装置（6）、所述报警指示灯（7）以及所述数据传输接口（8）均设置于所述壳体（1）前侧，所述电流发生装置（9）和所述电流传感器组（10）也均设置于所述壳体（1）的上表面，所述图像处理装置、所述信号触发装置、所述计时装置、所述中控装置、所述驱动装置以及所述金属识别装置均设置于所述壳体（1）的内部；
其中，所述图像采集装置（2）的输出端与所述图像处理装置的输入端连接，所述图像处理装置的输出端与所述中控装置的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述信号触发装置的输入端连接，所述信号触发装置的输出端与所述声波发射装置（4）的输入端连接，所述信号触发装置的输出端与所述电流发生装置（9）的输入端连接，所述声波发射装置（4）和所述声波接收装置（5）均与所述计时装置连接，所述电流发生装置（9）与所述电流传感器组（10）之间通过所述待测金属壁（11）连接，所述电流传感器组（10）的输出端与所述金属识别装置的输入端连接，所述计时装置的输出端与所述金属识别装置的输出端均与所述中控装置的输入端练级，所述中控装置的输出端与所述数据传输接口（8）的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述显示装置（6）的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述驱动装置的输入端连接，所述中控装置的输出端与所述报警指示灯（7）的输入端连接，所述待测金属壁（11）在测试时位于所述声波发射装置（4）和所述声波接收装置（5）之间。
2.根据权利要求1所述的用于金属壁厚监测的微型可视化终端，其特征在于，所述图像采集装置（2）用于采集所述待测金属壁（11）的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理装置，所述图像处理装置将采集到的图像传输至所述中控装置，所述中控装置对接收到的图像进行判断，若为所需测试的所述待测金属壁（11）的图像信息，则所述中控装置控制所述信号触发装置发出触发信号至所述声波发射装置（4）和所述电流发生装置（9），所述声波发射装置（4）在接收到所述触发信号后，所述声波发射装置（4）发射预设速度为V1的声波，所述电流发生装置（9）在接收到所述触发信号后，所述电流发生装置（9）向所述待测金属壁发出预设电流值为I的电流信号，所述声波接收装置（5）用于接收所述声波发射装置（4）发射的声波信号，所述计时装置用于计算所述声波接收装置（5）在所述声波发射装置（4）发射信号后到接收到信号所需时间t，所述计时装置将所述时间t传输至所述中控装置；所述电流传感器组（10）用于检测所述电流I流经所述待测金属壁（11）后的电流信号，所述电流传感器组（10）将检测到的电流信号传输至所述金属识别装置，所述金属识别装置根据接收到的电流信号、由所述待测金属壁（11）构成回路中的电压信号计算所述待测金属壁（11）的电阻值，所述金属识别装置根据所述电阻值判断所述待测金属壁（11）的材质，所述金属识别装置将所述待测金属壁（11）的材质传输至所述中控装置，所述中控装置根据接收到的所述时间t和所述待测金属壁（11）的材质计算所述待测金属壁（11）的厚度，所述中控装置将所接收到的图像信息和所述待测金属壁（11）的厚度传输至所述显示装置进行显示，所述中控装置内存储有厚度阈值范围，若所述中控装置计算出的所述厚度不在所述厚度阈值范围内，则所述中控装置控制所述报警指示灯（7）亮起，所述中控装置将所接收到的图像信息和所述待测金属壁（11）的厚度通过所述数据传输接口（8）传输至远程监测端。
3.根据权利要求2所述的用于金属壁厚监测的微型可视化终端，其特征在于，所述中控装置根据接收到的所述时间t和所述待测金属壁（11）的材质计算所述待测金属壁（11）的厚度，其中，所述中控装置内存储有所述声波发射装置（4）所发出声波在所述声波发射装置（4）和所述声波接收装置（5）之间无所述待测金属壁（11）之间的传输速度为V0，即V0=V1，所述声波发射装置（4）和所述声波接收装置（5）之间的距离为S，所述中控装置根据接收到的所述待测金属壁（11）的材质查得速度为V1的声波在该材质中的传播速度为V2，则所述待测金属壁（11）的厚度d可根据下式获得：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
4.根据权利要求2所述的用于金属壁厚监测的微型可视化终端，其特征在于，所述图像采集装置（2）用于采集所述待测金属壁（11）的图像信息，并将采集到的图像信息传输至所述图像处理装置，所述图像处理装置将采集到的图像传输至所述中控装置，所述图像处理装置对接收到的图像信息进行图像处理的步骤如下：
第一步：对所述图像采集装置（2）采集到的图像s(x,y)进行图像增强处理，则有
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；参数
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为图像增强效果调节参数；
第二步：调节图像增强效果调节参数
Figure 760128DEST_PATH_IMAGE006
获取最佳图像，具体算法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
其中，n为介于0和x之间的常数，m为介于0和y之间的常数。
5.根据权利要求2所述的用于金属壁厚监测的微型可视化终端，其特征在于，所述电流传感器组（10）用于检测所述电流I流经所述待测金属壁（11）后的电流信号，所述电流传感器器组（10）的数量为4个，第一个电流传感器采集的电信号为X1，第二个电流传感器采集的电信号为X2，第三个电流传感器采集的电信号为X3，第四个电流传感器采集的电信号为X4，则所述电流传感器组（10）输出的电信号X为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
。
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